[發明專利]具有鰭升力動態測量能力的轉鰭機構

有效

• 申請號: 201010127056.5
• 申請日: 2010-03-18
• 公開（公告）號: CN101792017A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 梁利華;吉明;張松濤;王經甫;史洪宇;馬鑒恩;宋吉廣;楊生;金鴻章
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63B39/06
• 分類號: B63B39/06;G01L1/00;G01B21/32
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技術領域

本發明涉及的是一種船舶及其它海洋或空間運動體的鰭的控制裝置。

背景技術

傳統固定式減搖鰭轉鰭機構如圖2所示，該機構中鰭軸為實芯軸，鰭軸的一 端通過圖2中鰭套1安裝減搖鰭，在鰭軸另一端端部圓心位置安裝電位器式的鰭 角測量傳感器，構成鰭角反饋盒10作為鰭角度反饋機構。鰭軸采用軸承4，15 實現雙支撐固定，箱體5與鰭軸實現動密封，箱體5焊接在船殼上。搖臂6由動 力機構驅動，帶動鰭軸轉動，從而實現鰭的轉動。該機構運行過程中可以通過鰭 角反饋機構動態測量鰭角，但是不能得到鰭的動態升力特性。

當前，鰭的伺服控制往往采用角度反饋，鰭上的升力均通過角度估算。由于 鰭面上受到的流體動力復雜性，受到各種復雜因素的干擾，通過角度估算鰭產生 的升力存在很大的偏差。長期以來，工程師們一直試圖避開通過角度估算升力這 一環節，直接測量鰭上的升力，克服各種干擾因素的影響，提高鰭的控制效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以實現鰭上流體力的分解和測量，工程實現鰭 上升力的動態檢測，用于構成鰭升力反饋控制系統的具有鰭升力動態測量能力的 轉鰭機構。

本發明的目的是這樣實現的：

包括鰭軸，鰭軸的一端鰭套安裝減搖鰭，在鰭軸另一端端部圓心位置安裝電 位器式的鰭角測量傳感器，構成鰭角反饋盒作為鰭角度反饋機構，鰭軸由兩個軸 承實現雙支撐固定，箱體與鰭軸實現動密封，箱體焊接在船殼上；所述鰭軸為中 空鰭軸，在中空鰭軸內部配有一實軸芯，實軸芯在鰭安裝位置附近與鰭軸外套緊 緊相連，且能隨鰭軸轉動；在實軸芯的末端固定安裝升力測量傳感器。

本發明還可以包括這樣一些結構特征：

1、所述在實軸芯的末端固定安裝升力測量傳感器采用基于鰭法向力、切向 力特性的安裝方式，在實軸芯末端垂直位置安裝鰭軸法向、切向感應塊，兩感應 塊在軸芯末端垂直且與鰭的法向、切向方向一致，兩個升力測量傳感器為非接觸 式位移傳感器，兩個升力測量傳感器分別安裝在傳感器基座上，傳感器基座與鰭 軸外環固定，能夠隨鰭軸轉動，測量鰭角的反饋裝由接續軸與鰭軸固定。

2、所述在實軸芯的末端固定安裝升力測量傳感器采用基于鰭升力特性的安 裝方式，在實軸芯的末端固定安裝直角形傳動桿，在鰭軸的外殼上剖一弧形間隙， 傳動桿末端安裝一圓弧形的感應塊，弧形感應塊能隨鰭軸轉動；沿鰭升力方向， 在軸承壓蓋側壁開一小孔安裝固定升力測量傳感器，升力測量傳感器采用非接觸 式位移傳感器。

3、鰭軸采用雙支點固定，即鰭軸通過上支撐軸承和下支撐軸承固定，且上 支撐軸承與下支撐軸承均套在鰭軸外套上，實軸芯不與上下支撐軸承直接接觸。

本發明是一種具有升力動態測量能力的轉鰭機構。該機構利用鰭上升力與流 體運動方向的垂直性、流體方向的不變形原則或者鰭上法向力、切向力在鰭軸上 位置的相對固定性原則，以及鰭水動力在鰭軸構成的轉鰭機構中的傳遞性，假設 鰭軸為彈性變形剛體，通過間接測量鰭水動力作用下，鰭軸在特定方向上的變形 量來間接測得鰭的動態升力特性。

鰭上法向力、切向力特性

如圖1所示，鰭在流體中，與來流有一個攻角α，鰭上產生的流體動力P，P 可以沿鰭的弦長方向及其法向分解為法向力N，切向力T；另外沿流體方向和與 流體垂直方向又可分解為阻力D和升力L：

其中升力L于法向力N、切向力T之間有如下關系：

L＝Ncosα-Tsinα?????????????????(1)

如果測量出法向力N、切向力T及其攻角α，則可以比較容易得到鰭上的升 力。

由力偶關系，鰭上產生的法向力N、切向力T可以等效到鰭軸上。因此可 以利用鰭軸上的受力關系測量鰭上的法向力、切向力特性及其鰭角，然后根據式 (1)得到鰭上升力的動態特性。

鰭上的升力特性

如圖1所示，控制翼在流體中，與來流有一個攻角α，控制翼上產生的流體 動力P，P沿流體方向和與流體垂直方向可分解為阻力D和升力L。不難發現， 鰭上的升力L始終與流體方向垂直，且與鰭軸垂直。

由力偶關系，鰭上產生的升力、阻力同樣可以等效到鰭軸上。鰭在實際使 用時，無論鰭如何轉動，鰭受到的流體方向可以認為是恒定不變的，且鰭軸方向 不變，因此，鰭上的升力L方向不會變化。